Способ стабилизации энергии электронов

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - стабилизация энергии электронов в линейных ускорителях на бегущей волне . Цель достигается тем, что непрерывно измеряет квадрэт напряжения заряда формирующих линии импульсного генератора каждой из секцич, а синхронизирующий импульс на .запуск ускорителя подают н моментдостижения рзН2 венства 5lK;U-(t)6, где Ј - требу еi t мое-значение энергии ускоренных частиц U, (t) - напряжение заряда формирующей линии i-й секции BJ; Kj предварительно измеренное отношение прироста энергии электронов в 2 Г э В1 1-й секции к U. I - ; N число /ско- 1 L В -I рягащнх секций„ 2 ил. с 50

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 05 Н 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А B=OPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ронный пучок 8. Для осуществления стабилизации с помощью измерителеи

9 непрерывно измеряют напряжение заряда формирующих линий U (),. где

f номер секции, например, с г!Омощью омических или емкостных дели гепей, Сигналы U (с) поступают в управл!яюш и

t блОк 1 0, В кО тОрОм каждыи из них ВОЗводится в квадрат (например,с помощью аналоговых устройств) и умножается на коэффициенты К;, равные отношению прироста энергии в i-й секции к

U . Коэффициенты К, характеризуюI ! щие изменение прироста энергии частиц в 1 и секции при изменении из-за изменения амплитуды ВЧ вЂ” поля на выходе клистрона и его фазы, определяются из предварительных измерений, Полученное в результате этой Операции

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П-УНТ СССР (46) 23. 04. 91. Ьюл. Ф 15 (2 l) 4300943/21 (22) 31. 08.87 . 72) Н, В. Демидов, A. Н. Довбня, В. В. Лакутин, В.П. Ромасько, B.Ä. Тур и А.M. Нендерович (53) 621. 384.6 (088. 8), (56) Карась В, lI., Махненко Л. А., Скубко В.А. ПТЭ, 1968, 11.- 3, с. 34.

Федоров А.М. Импульсные модуляторы. Обзор ОВ-6, НИИЭФА, Л., l 975. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭПЕРЕИИ

ЭЛЕ КТ ГОНОВ (577 Изобретение относится к ускори" тельной технике. Цель изобретения— стабилизация энергии электронов в линейных ускорителях на бегущей волне. Цель достигается тем, что непреИзобретение относится к ускоритель ной технике и может быть использовано для стабилизации энергии электронов, ускоренных в линейных ускорителях на бегущей волне.

Цель изобретения — упрощение стабилизации.

Предлагаемьп способ иллюстрируется примером его осуществления с помощью схемы, показанной на фиг. 1, где 1 - ускоряющие секции, 2 — источники СВЧ-мощности, иа которые через импульсные трансформаторы 3 при срабатывании коммутаторов 4 от формирующих линий 5 подается импульс напряжения. Формирующие линии 5 заряжаются через зарядные дроссели 6 от выпрямителей 7. Возбужденное и секциях электрическое попе ускоряет элект„„SU„„ l478983 А 1

pbfBHo измеряют квадрат на! ряжения заряда фОрмирующих линий импульсного генератора каждой из секций„ а синхроннзирующий импульс HB запуск ускорителя подают в момент достижения раМ венства, К; Ц ° ("-) =E, где F — требуе-!

I ! мое.значение энергии ускоренных частиц (эВ ; U, (t} - напряжение заряда формирующей линии i-й секции 1В ;

К, предварительно измеренное Отношение прироста энергии электронов В и ГэВ)

1Й секции K U (— (М числО уС1!О

В 1 ряющих секций. 2 ил.

14 78983 (3) U о

20 а при 5U, =-У . =--6U

2 ср аба ты 11»пня произ ведение К, И, (t) численно равно т<.иу приросту энергии, который холу«е» в i-й секции уСкорителя, еслц си»хрониэирующий импульс на запуск

i-го модулятора подают в момент времени t. Затем в блоке 10 производится суммирование полученных произведенийй. Ib. вьокескаэанного ясно, что ног 10 лученная сумл1а,5» Y.„U ° (t) численно

11

1 равна тому значению энергии, которое имеют ускоренные электроны на выходе ускорителя, если подать синхрониэирующий импульс на его запуск в момент времени t. В блоке 10 имеется компаи ратор, в котором сумма К U, (t)

1=1 непрерывно сравнивается с опорным напряжением, численно равным требуемой энергии Е ускоренных частиц.

В мо ме»т достижения равенства

М К,И,(t)-Е (1)

9=1 компаратор в блоке 10 вырабатывает синхронизирующий импульс 1I, который подается на запуск коммутаторов 4 и других систем ускорителя. В результа- 30 те на ускоряющие секции .подаются

ВЧ-импульсы такой амплитуды, что сумма приростов энергии частиц в секциях равна требуемой энергии уско. ренных частиц

Проанализируем детально процесс нарастания напряжения на формирующих линиях при их резонансном заряде до требуемь1х величин. Для этого рассмотрим сначала номинальный режим, когда нестабильности отсутствуют. Считаем, что в этом режиме питание всех форми" рующих линий осуществляется одинаковым выпрямленным напряжением U

Заряд формирующих линий приближе»н.- 45 описывается соотнощением

Ц10 (t) ЦФ(1-cosset) (2) где U; (t) - значение U; (t) в номинальном режиме; у =нЕ, f — частота следования импульсов. Формула (2) не учитывает потерь в зарядной цепи, но для проводимых ниже оценок это несущественно. Выберем такое значение U, чтобы в номинальном режиме о в момент времени и достигалось требуемое значение суммы (1), поскольку в поминальном режиме все значения

U; (t) равны, то с учетом соотнбшения (2) 2

111 о )

1=1

На фиг. 2 показаны процессы заряда формирующих линий в номинальном режиме (кривая !) и при отклонении питающего напряжения от его номинального значения U на величину «+611 (кривые

2 и 3). Иомент времени t выбирается исходя иэ имеющих место величин нестабильностей Ь U питающего напряжения таким образом, чтобы при максимальном отклонении в сторону уменьшения могло. быть достигнуто требуемое значение напряжения на формирующей линии, равное его номинальному значению У„ (to). Это условие, очевидно, имеет вид

2(U0 U)=U; (t )=По(I-cosQt ), (4)

Отсюда следует, что

I 2оП вЂ” arccos (-1+ ) . (5) о д По

Например, при нестабильности

gU и

+ — =+4 -10 имеем из формулы (5)

После определения по

М формуле (5) определяется У по формуле (3) . Тем самым полностью задан режим заряда формирующих линий, требуемьп для стабилизации энергии на основе предлагаемого способа.

Рассмотрим теперь, в какой момент времени происходит запуск ускорителя при отклонении питающих напряжений от номинапьных. При наличии неста" бипьности Ь0„ напряжения питания

i-й СЕКЦИИ ЭаРЯД ЕЕ фОРл1ИРУЮЩЕй Лйнии происходит но закону

U;(t)=(U +DU;)(1 cosset) (6)

Подставляя выражение (б) в уравнение (1), получим следующее выражение для момента срабатывания ускорителя

I — агссоа I1 (д (7)

Например, для двухсекционного ускорителя, когда hU, =И1 =1IU, пользуясь выражениями (7) и (3), найдем для момента срабатывания

I (1-cos(0t, ) =(I.-cosgto ) — - (8)

1+2 —U найдем для момента

l i 78 (9)

В случае, когда ДБ<=- -.Д11 =ДБ, получим из выражений (7) и (3), что запуск ускорителя происходит н момент времени t определяемый соотношениемм

1 со3911 — (I сон(дно) (10)

Моменты срабатывания показаны на фиг. 2. В пернлх двух случаях в момент запуска напряжения на обеих формирующих линиях одинаковы, в третьем случае напряжение íà 20 первой формирующей линии больше, чем ца нторой. Таким образом, вклад секций н прирост энергии частиц изменяется от импульса к импульсу, а полная энергия электронов на выходе ус- 25

98З 6 корителя остается неизменной а С/1ела ем,оценки t, C,, t, t „, например, дц для случая Г=100 Гц -- =ч ° 10

У !1

У

Il, = l,2К, .Пользуясь выражениями (5), (8)-(!О), имеем „=8,73 0 с

, =-8,2-10 с, t. 10 с; t =9. 10 . с.

Одним из основных факторов, определяющих точность стабилизации, янляется задержка сигнала запуска ускорителя после достижения равенства (1) н целях передачи импульсон к блоку 10 (фиг. I), задержка, обусловленная конечным временем обработ.— ки информации н блоке 10, а также задержка синхронизирующего импульса при его передаче к .элементам ускорителя от блока 10. Оценку допустимой задержки сделаем для номипального режима. Вследствие задержки срабаты †. ванне ускорителя происходит не в момент С, а несколько позднее, в мо- . мент t +At е Пользуясь формулои (2), найдем

u U;,(t,) Сделаем оценку величины g t в рассмотренных выше условиях (F= IOO Гц, ЬО -2

4 10 ) . Пользуясь формулами

11р

I (ll) и (5), найдем что, например, для получения нестабильности 8

0 не более О, I X задержка сигнала A t, не должна превышать 100 мкс, что легко выполнимо, Таким образом, на основе предлагаемого способа можно уменьшить нестабильность энергии частиц .на выходе ускорителя до десятых долей процента при нестабильности питающих напряжений 8X., Для этого коЯ

Э нечно, и величины К и П должны

1 I быть измерены с соответствующей точностью, а величины К не должны изме1 ияться со нремепем, что обычно обеспечивается стабилиз ацией температуры, секций, частотой питающего СВЧ-генератора, контролем отсутствия пробоев в секциях н т.д. ц;, (t, +ät) =0, f(I-ñîsè(t, 5 u U;, (t,+6C)-U; (t. ) формула (11) определяет относительное изменение напряжения на формирующей линии иэ-за задержки сигнала запуска на величину Ь t.

+Д t));

co sMt -сонУ(Е + Л t)

1-cosgt О (11)

Формул а изо бр етения

Спо со б с т абил из а ци и э пер гни эл е ктронон, ускоренных в линейном резонансном ускорителе, в котором нысоко35 частотную мощность в ускоряющие секции вводят от высокочастотных генер аторов, на которые по сле подачи синхронизирующего импульса подают импульсные напряжения от предвари40 тЕльно заряженных формирующих линий модуляторов, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью упрощения стабилизации, непрерывно измеряют квадрат напряжения заряда формирующей линии

45 в каждом модуляторе, а синхронизирующий импульс на запуск ускорителя подают в.момент достижения равенства

М

KI;u; ()= C, 50

1 где Я вЂ” требуемое э ачение энергии ускоренных частиц э В ; U; (t) — напряжение заряда формирующей линии в

i-и модуляторе в момент времени В 1 К; — предварительно измеренное отношение. прироста энергии электроI Гэв1 нов в i-й секции к U (— ) N — число (в )

1 ускоряющих секций.

1 478983 йю За(V„, Ы

Д

11,- у Ц

1 (1

1 1 I

)+3

4, й„,Вр4g

Составитель К. Федоровский

Редактор Т. Юрчикова Техред Л.Сердвкова КорректорЛ. . Пилипенко

Заказ 1899 Тираж 483 Подписное

И1ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11эоэ в Иоскваэ Ж-Заев Раушская наб ° э д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 1()1